Kernfusie, feiten en fabels

[Robert]

Alle feiten en fabels over kernfusie
Hier de feiten en fabels over kernfusie:

In het kort: Water zal nooit opraken door kernfusie: slechts 0,015% van al het water is bruikbaar voor kernfusie, maar dat is genoeg voor miljarden jaren energieproductie. En afval is er natuurlijk wel, radioactief zelfs, maar van een heel andere orde dan kernsplijtingsafval: minder en korter levend.

kernfusie: Deuterium
Het opraken van water is absoluut geen issue. Voor de huidige fusie-reactoren worden twee isotopen van waterstof als brandstof gebruikt; deuterium en tritium. Deuterium wordt uit zeewater gehaald, en ik denk dat daar het verhaal over opraken van water vandaan komt. Van alle waterstof atomen die in water (zoet water, oceanen, spa, al het water) zitten als onderdeel van watermoleculen is 0,015% een deuteriumatoom. En alleen die deuteriumatomen worden gebruikt voor kernfusie. Als we alle watermoleculen die deuterium bevatten uit de oceanen halen is dat dus nauwelijks merkbaar. En met die hoeveelheid deuterium kunnen we de wereld zo’n 50 miljard jaar van de huidige hoeveelheid energie voorzien. In die zin zou je kunnen zeggen dat kernfusie tien keer duurzamer is dan zonne-energie, aangezien de zon over zo’n 5 miljard jaar is opgebrand.

kernfusie: Tritium
Tritium is een ander verhaal. Dat komt in de natuur niet voor omdat het radioactief is, en na verloop van tijd uit elkaar valt. Er is op de hele wereld maar een paar kilo tritium aanwezig. Maar tritium kunnen we in de fusiecentrale zelf maken uit lithium. Voordeel daarvan is ook nog dat er geen radioactief tritium vervoerd hoeft te worden of zelfs maar in grote hoeveelheden opgeslagen, omdat we het gemaakt wordt op de plek en in de hoeveelheden die nodig zijn. Lithium is een metaal dat verspreid over de aarde voorkomt in gesteenten, en daarin zit voldoende voor zo’n 3000 jaar energieproductie met kernfusie. Bovendien zit er nog vele malen meer Lithium opgelost in zeewater, maar dat is er lastiger uit te halen.

Dat ik toch durf te beweren dat fusie-energie miljarden jaren in de wereldenergie kan voorzien is omdat er ook een fusie-reactie mogelijk is die alleen deuterium gebruikt. Deze is lastiger, maar met de deuterium-tritium reactie hebben we dus minstens 3000 jaar om dat onder de knie te krijgen.

kernfusie: afval
Punt twee is het afval. Het directe afvalproduct van de deuterium-tritium reactie (en trouwens ook van de deuterium-deuterium reactie) is helium. Dit is volmaakt ongevaarlijk, en bovendien produceert een GW centrale per jaar niet meer dan zo’n 300 kg helium. Vergelijk dat met een gasgestookte centrale van een GW, die per jaar zo’n 6 miljard kg CO2 produceert. Helium is dus het probleem niet.

kernfusie en radioactiviteit
Wat wel een probleem is, is het feit dat de reactor langzaam radioactief wordt. Dit komt door de neutronenstraling die bij de reactie vrijkomt. Een juiste keuze en zuiverheid van de reactormaterialen kan dit beperken, maar nooit geheel uitsluiten. Bovendien zal een deel van het tritium uit het brandstofmengsel ingesloten worden in de wand van de reactor. Al met al is de reactor zelf na zijn levensduur radioactief, en moet dus als radioactief afval behandeld worden; vervoerd naar bunkers en opgeslagen tot het is “afgekoeld”.

Kernfusie v/s kernsplijting
Het grote verschil met kernsplijting is echter de levensduur van het afval. Voor kernsplijting is dit duizenden tot tienduizenden jaren. Bij een juiste keuze van reactormaterialen kan het sloopmateriaal van een fusiereactor voor het overgrote deel binnen honderd tot honderdvijftig jaar gewoon hergebruikt worden. Op http://www.fusie-energie.nl/gallerij/hires/radioinhalation.jpg vind je een grafiek waarin dit is te zien. Hondervijftig jaar is een tijd die veel beter te overzien is dan de duizenden jaren waar het bij kernsplijtingsafval over gaat. En radioactief verval is stukken voorspelbaarder dan klimaatverandering door CO2.

Tenslotte nog wat getallen betreffende kernfusie:
Een commerciële fusiecentrale wordt waarschijnlijk iets groter dan ITER, en gaat in de orde van een GigaWatt (= 1000 MegaWatt) electriciteit produceren. Daarbij wordt zo’n 150 kilogram deuterium en 225 kilogram tritium per jaar gebruikt, en dus zo’n 300 kilogram helium geproduceerd. Dit zijn dus enorm kleine getallen!! Voor die 150 kilogram deuterium wordt zo’n 750 liter zeewater “opgebrand” per jaar. En voor 225 kilogram tritium is zo’n 520 kilogram lithium nodig.

Een kernfusiereactor van 1000 MegaWatt heeft jaarlijks dus slechts 150kg deuterium en 225 tritium nodig
Een kernfusiereactor van 1000 MegaWatt stoot jaarlijks slechts 300 kg helium uit.

Met speciale dank aan: Dr. Erik Min van het FOM-Instituut voor Plasmafysica Rijnhuizen

links:
http://www.fusie-energie.nl/
http://www.rijnhuizen.nl/

[willem1940]

Ik meen te hebben begrepen dat ontsnapping van helium (gek hoog stemmetje krijg je ervan) niet gegarandeerd kan worden voorkomen en van tritium nog veel moeilijker (tritium wordt reeds wegens onbeheersbaarheid op recent verhoogde norm vrolijk geloosd op oppervlaktewater).

Ik ben benieuwd naar cijfers over de "fataal aanvallende productie" van die 2 in de komende fusiereactors, m.a.w hoeveel van dat spul er ontstaat boven de als tussenstof benodigde hoeveelheden.

[Benjamin23]

er is niets mis met helium. Helium kun je gewoon inademen zonder dat het iets doet.
En 300 kg helium per jaar lijkt me ook niet bijzonder veel vergeleken met de 6 miljard kg CO2 van een kolencentrale!

[willem1940]

er is niets mis met helium. Helium kun je gewoon inademen zonder dat het iets doet.
En 300 kg helium per jaar lijkt me ook niet bijzonder veel vergeleken met de 6 miljard kg CO2 van een kolencentrale!

Je vergeet bij helium het (eerste) symptoom van het gekke piepstemmetje en verder tritium helemaal; bovendien baseer je je alleen op de in de productie nodige "halffabrikaten" en weet jij/niemand hoe ver de hoeveelheden en de ontsnappingsnormen zullen worden "bijgesteld" naar bevind van zaken, aangepast aan de komende practijk. Vast staat, dat in ieder geval de wereld-energiebehoefte niet omlaag gaat.

[Digihans]

helium is ongevaarlijk. Dat je er een piepstem van krijgt komt door de atoomgrootte.
Hierdoor is de resonantiegeleiding anders dan die van lucht. Helium is een inert gas en reageert nergens mee.
Verder is helium bijzonder licht en zal hierdoor naar hogere luchtlagen zweven.
Je kan het ook opslaan in gasflessen en gebruiken voor leuke heliumballonnetjes voor kinderen of er reclame- of communicatiezeppelins mee vullen.

Bij muziekinstrumenten speelt luchtvochtigheid een belangrijke rol bij het stemmen en op toon brengen van de instrumenten. Ook hier is de dichtheid van het gas bepalend.

Tritium is een ander verhaal.
Als je dat weer op kan werken is er niets mis mee.
En die paar honderd kilo komt uit de zee, en zou je dus ook weer aan de zee terug kunnen geven.

[willem1940]

Er is te weinig ervaring met helium om iets zinvols te kunnen zeggen over lange(re)-termijn-effecten en "dat het door de atoomgrootte komt" is niet echt interessant als je nu eenmaal zo'n gek stemmetje niet wilt.

Tritium wordt niet "gewonnen" maar GEMAAKT in het proces en komt dus, minstens wat het ontsnappend aandeel betreft, BIJ de wereldvoorraad en niet ergens "terug" ofzo.

Moed houden echter, het zou kunnen zijn dat er bij kernfusie minder tritium ontsnapt dan momenteel (toegestaan en verruimd) uit de conventionele kernreactors.
De meeste kernreactors staan niet al te dicht aan zee dus het gezegende tritium belandt bij vrijkomen in eerste instantie in het directe leefmilieu.

[Digihans]

Ik snap niet hoe je zo moeilijk kan doen over helium?
Helium is gewoon helium, een edelgas? Niets mis mee! Ongevaarlijk! Je stem wordt er alleen raar van als je een hele ballon inademt. Maar helium vervliegt meteen. En een paar duizend kilo extra in de atmosfeer zal ook geen effect hebben.

Het lage molaire gewicht van helium zorgt er namelijk voor dat alle gevormde heliumatomen naar de ruimte kunnen ontsnappen.

(zie http://www.lenntech.com/elementen-periodiek-systeem/he.htm)

Tritium is een ander verhaal. Dat komt in de natuur niet voor omdat het radioactief is, en na verloop van tijd uit elkaar valt. Er is op de hele wereld maar een paar kilo tritium aanwezig. Maar tritium kunnen we in de fusiecentrale zelf maken uit lithium. Voordeel daarvan is ook nog dat er geen radioactief tritium vervoerd hoeft te worden of zelfs maar in grote hoeveelheden opgeslagen, omdat we het gemaakt wordt op de plek en in de hoeveelheden die nodig zijn.

Tritium kan dus gemaakt en hergebruikt worden in (toekomstige) kernfusiecentrales. En is dus ook geen probleem. Het Tritium is te kostbaar voor het kernfusieproces zelf om zomaar te lozen!

Het enige probleem dat bij kernfusie speelt, is het langzaam radioactief worden van de apparatuur en wanden rondom het plasma. Dit materiaal is wel licht radioactief en besmet met tritium, maar kan op eenzelfde manier worden opgeborgen als kernsplijtingsafval.
Echter is de hoeveelheid afval die op deze wijze ontstaat ook slechts een fractie van de hoeveelheid afval die ontstaat bij kerncentrales.

[willem1940]

Tritium: voorzover ik tot dusver kan vinden, als aanval in actuele processen zo weinig beheersbaar dat recent de normen voor lozing op binnenwater zijn verruimd.

Hier zijn rapportages over vindbaar op Net.

[bastheboss]

Ik denk dat het handig is om in de openingspost nog even te benoemen dat kernfusie vele malen veiliger is dan kernsplijting omdat het een goed controleerbaarproces is. Zodra je de reactor uitzet stopt de fusie en daarmee de vrijkomende energie. Bij kernsplijting is dit niet het geval. Als het daar mis gaat komt er een kettingreactie waardoor bijvoorbeeld ongelukken als tjernobyl gebeuren.



ps.: vet ! als er een nieuwe reactie geplaatst is terwijl jij las (en dus niet refreshte) melden ze dat voordat je zelf wilt reageren.

[Robert]

kernfusie op aarde is de ultieme 'nexus' voor wetenschappers. Als dat proces werkelijk goed controleerbaar is, is het wereldwijde energieprobleem voorgoed verholpen.
kernfusie heeft de minste schadelijke gevolgen voor de natuur en de mensheid, dan enige andere vorm van (duurzame) energieopwekking.

kernfusie is zelfs schoner dan windmolens, zonnepanelen, etc.

[Geert1984]

De grap van kernfusie is "the economy of scale". Kortom het energetisch rendement van een kernfusiecentrale wordt groter naarmate de reactor groter is. Dit heeft de volgende oorzaak:

1 De warmte uitstraling is evenredig met het oppervlak van het plasma.
2 De warmte productie is evenredig met het volume van het plasma.

Stel een plasma voor in de vorm van een kubus van 2 bij 2 bij 2 meter. dan is het oppervlak
2 x 2 x 6 = 24 m2
De inhoudt van deze kubus is:
2 x 2 x 2 = 8 m3.

Nou wordt de reactor vergroot tot een kubus met zijden van 4 meter. Dan is het oppervlak
4 x 4 x 6 = 96 m2
De inhoud van deze kubus is:
4 x 4 x 4 = 64 m3

De oppervlakte (warmteverlies) is dus verviervoudigt (kwadraat), het volume (warmteproductie) is verachtvoudigt (derde macht). Conclusie hoe groter de inhoud van de fusiereactor des te hoger het rendement. 

De reeds gebouwde experimentele reactor JET heeft nog nooit netto energie geleverd de ITER is ontworpen om wel netto energie te leveren.

[Digihans]

Is het probleem van het plasma inmiddels al opgelost?
Zijn de technici er al in geslaagd om het plasma in bedwang te houden?

Of wat zijn de grootste belemmeringen tot nu toe om niet volop in deze techniek te stappen?

[Geert1984]

Is het probleem van het plasma inmiddels al opgelost?
Zijn de technici er al in geslaagd om het plasma in bedwang te houden?

Of wat zijn de grootste belemmeringen tot nu toe om niet volop in deze techniek te stappen?

geld... denk ik, investeerders willen hun geld binnen afzienbare tijd zien groeien. 30 jaar (of langer) is te daarvoor te lang, mensen met geld streven geen idealen na maar winst.

[willem1940]

Is het probleem van het plasma inmiddels al opgelost?
Zijn de technici er al in geslaagd om het plasma in bedwang te houden?

Of wat zijn de grootste belemmeringen tot nu toe om niet volop in deze techniek te stappen?

geld... denk ik, investeerders willen hun geld binnen afzienbare tijd zien groeien. 30 jaar (of langer) is te daarvoor te lang, mensen met geld streven geen idealen na maar winst.

Logisch, omdat de scheidslijn tussen idealisten en parasieten zo vaag is.

[Digihans]

Is het probleem van het plasma inmiddels al opgelost?
Zijn de technici er al in geslaagd om het plasma in bedwang te houden?

Of wat zijn de grootste belemmeringen tot nu toe om niet volop in deze techniek te stappen?

geld... denk ik, investeerders willen hun geld binnen afzienbare tijd zien groeien. 30 jaar (of langer) is te daarvoor te lang, mensen met geld streven geen idealen na maar winst.

Logisch, omdat de scheidslijn tussen idealisten en parasieten zo vaag is.

Hopelijk gaan bedrijven zoals google, sun en microsoft hun CO2-uitstoot van tig-duizend servers compenseren door een eigen kernfusiecentrale te bouwen!

[Geert1984]

Is het probleem van het plasma inmiddels al opgelost?
Zijn de technici er al in geslaagd om het plasma in bedwang te houden?

Of wat zijn de grootste belemmeringen tot nu toe om niet volop in deze techniek te stappen?

geld... denk ik, investeerders willen hun geld binnen afzienbare tijd zien groeien. 30 jaar (of langer) is te daarvoor te lang, mensen met geld streven geen idealen na maar winst.

Logisch, omdat de scheidslijn tussen idealisten en parasieten zo vaag is.

Hopelijk gaan bedrijven zoals google, sun en microsoft hun CO2-uitstoot van tig-duizend servers compenseren door een eigen kernfusiecentrale te bouwen!

Ik denk niet dat bedrijven bereid zijn om te investeren in zo'n lange baan project, alhoewel misschien grote multinationals wel.

Ik denk dat dat hele broeikaseffect wel wat meevalt, wat niet meevalt is dat olie opraakt. En steeds duurder wordt een vaatje olie kost tegenwoordig alweeer haast 80 dollar. Het zou toch prachtig zijn wanneer we ongelimiteerd energie konden verbruiken zonder dat het opraakt/vervuilt. Iedereen in een dikke V8 weliswaar op waterstof gemaakt met bv. kernfusie. Als de overheid daar nou eens flink in investeerd i.p.v. die zinloze defensie. Stelletje geldverkwistende mongolen daar ze zien de echte problemen niet, er moet gewoon een revolutie plaatsvinden op energieopwekgebied. Als je ziet wat de brandstoffen vandaag de dag kosten. Als deze trend doorzet en heel china begint ook te autorijden dan wordt mobiliteit (autorijden) onbetaalbaar.

[Benjamin23]

Het CO2 probleem is natuurlijk ook wel degelijk een probleem.
Door toedoen van de mens is de concentratie bijna verdubbeld!
Welke gevolgen dat heeft is een ander verhaal, maar kijk maar eens naar grote steden waar Smog voor grote gezondheidsproblemen zorgt.

En verder ben ik het helemaal met je eens.
Investeren in kernfusie is gewoon investeren in goud.
Het zou toch briljant zijn als we dezelfde energie uit olie zouden kunnen verkrijgen uit kernfusie tegen een fractie van de prijs!

[Robert]

Graag de discussie hier over kernfusie houden.

De discussie over het CO2-probleem is verplaats naar:
http://www.neoweb.nl/forum2/index.php/topic,3895.0.html

[tibi]

wat is nu eigenlijk de stand van zaken. gaat de iter op 2016 draaien?? of wordt het eerder of later??

[Robert]

De bedoeling is dat het ITER project in Frankrijk in 2016 z'n eerste plasma gaat creeeren.
Daarna zal er 10 jaar 'studie' worden gedaan naar de beste omstandigheden.
Na die 10 jaar zal er nog 10 jaar worden gedraaid op die condities.

zie ook:
tijdsplanning bouw ITER
doelstellingen in de toekomst rondom ITER

[matti]

Hoe snel de eerste commerciele fusiecentrale er komt hangt af van de
olieprijsen en vooral de EU zelf deze leiden namelijk het product.
Het probleem is niet het ontsnappent helium dat is ZEER gering.
Als je berekent dat er 300 kg per jaar vrijkomt dat is nog geen kilo per dag!
Alsook het deuterium dat wordt gewoon gewonnen uit water.
De zon heeft dit ook als basisproduct.
Tritium wordt gewonnen uit lithium door het met neutronen te beschieten.
Die neutronen kunnen worden gewonnen uit het feit dat tritium met deuterium
samen helium en een vrije neutron opleveren die vrije
neutronen kunnen dan nuttig aangewend worden.
ITER zal wel al 10 meer energie opleveren dan men er moete insteken.
Let wel dit is geen elektrisch energie!

[Andries]

Is het probleem van het plasma inmiddels al opgelost?
Zijn de technici er al in geslaagd om het plasma in bedwang te houden?

Ja. Met een soort van megnetisch veld houdt men het super hete plasma van de wanden, zodat die niet smelten.

Voor zover ik weet is in het ITER project dit gebaseerd op een torusvormig reactorvat.

Inmiddels zijn er ook zogenaamde stellerator bedacht. Het voordeel van een stellerator schijnt te zijn dat je niet een groot log juk nodig hebt om de hele boel op te hangen, waardoor het reactorvat compacter wordt. Bovendien ziet zo'n stellerator veel cooler uit! 

[Digihans]

Fusie TV - youtube kanaal over ITER
Hoewel de experimentele kernfusiereactor ITER nog lang niet klaar
is, is er al een hoop te zien en horen over de reactor en de
reacties. Kijk bijvoorbeeld eens op hun eigen YouTube-kanaal!

[Stoney3K]

Hier maar ook eens een duit in het zakje doen...

Hoewel ik ITER een leuk project vind, ben ik allerminst dat het een haalbaar project is om netto energie eruit te halen.
ITER is een tokamak-reactor, met een gigantische reactorkamer van 19 meter bij 11 meter, en de totale energie die in de supergeleidende magneetspoelen opgeslagen zit is 41 GJ. Daar komt nog eens bij dat er componenten zijn aan een kant van het reactorvat die 150 MK heet zijn, tegenover de magneten die maar 4K (-269C!) zijn om hun supergeleiding vast te kunnen houden. Een indrukwekkend stuk techniek, maar toch een beetje met een kanon op een mug schieten.

Verder is het ook nog eens zo dat de ondersteunende apparatuur van ITER gigantisch veel energie vreet (met name de cryogenische systemen en de magneten) wat het rendement van de hele boel er niet beter op maakt.

In de jaren 60 is er door Farnsworth een elektrostatische fusie-reactor gebouwd, maar vanwege een aantal oorzaken (met name verliezen in het metalen raster) kwam een en ander nooit echt van de grond. Nu heeft Robert Bussard ongeveer 20 jaar terug hierop verder gewerkt, met een combinatie van elektrostatische confinement met een elektromagnetisch opgebouwd raster. En het werkt... zijn berekeningen geven aan dat het vermogen met de zevende macht toeneemt als functie van de diameter van het ding (t.o.v. de derde macht bij tokamaks). De plannen zijn nu om een reactor te bouwen die netto energie produceert (ongeveer 2,5-3m groot) en de eerste commerciele centrales moeten ongeveer in 2020 staan. Latere ontwerpen moeten directe omzetting van geioniseerd helium naar elektriciteit realiseren, op p-B als brandstof, en niet D-T, waardoor je dus totaal niet meer met problemen van radioactiviteit zit. Dit ding kun je dus ergens in een gebouw met het formaat van een transformatorhuisje in een wijk verstoppen.

http://video.google.com/videoplay?docid=1996321846673788606
De tokamak-configuratie (ITER) is te zien op 9:44. Bussard grapt ook in de video: "He probably invented it to make sure we never get there."

En het is geen broodje-aap verhaal, de boel staat onder contract van de United States Navy. En gezien hij dit in het equivalent van een boerenschuur heeft kunnen klaarspelen (als je het vergelijkt met de immense labs die tot de beschikking van ITER staan) denk ik dat dit nog een heel eind kan komen.

Paper: http://www.fusor.net/files/EMC2_FusionToPost.pdf

[michel]

Over dat fusieverhaal, over de grondstoffen en de theorieën zijn de mensen nog niet uit.
Ze denken nu één oplossing te hebben.
Het is geweldig wat de mensen in de afgelopen 2 centuries ontdekt hebben, maar het lijkt
of de tijd stilstaat.

[D.Heusden]

Heeft iemand meer informatie over een elektrostatische fusie-reactor ?? Ik had er nog niet van gehoord.

[Stoney3K]

Heeft iemand meer informatie over een elektrostatische fusie-reactor ?? Ik had er nog niet van gehoord.

De video van Bussard legt het redelijk goed uit. Even in lekentaal een samenvatting, vanaf de absolute basis:

De reden waarom kernfusie in de ruimte zo goed werkt, is omdat alles in een ster naar het midden toe getrokken wordt. Dit gebeurt niet zomaar, de massa van een ster moet groot genoeg zijn om de 'brandstof' dicht genoeg bij elkaar te brengen en met genoeg (kinetische) energie op elkaar te laten klappen. Is dit kritieke punt eenmaal bereikt, dan gaat het vervolgproces nagenoeg vanzelf.

De belangrijkste bindende kracht die een ster dus draaiende houdt is dezelfde kracht die ons met onze voeten op de grond houdt, namelijk de zwaartekracht. Nu is zwaartekracht in verhouding redelijk zwak (anders was alles in ons heelal niet zo immens groot) en is het ons vooralsnog niet echt gelukt om de zwaartekracht te beheersen en op aarde een kunstmatig zwaartekrachtveld te creëren, maar er is een andere, vergelijkbare kracht waar we meer dan genoeg aan hebben en die ordes van groottes sterker is.

De elektrostatische aantrekkingskracht werkt, net zoals de zwaartekracht, in een rechte lijn tussen geladen deeltjes, en als je dus een bolvormig deeltje beschouwt, altijd naar het midden toe bij tegengestelde ladingen. Nu is de elektrostatica in de huidige wetenschap meer dan een simpel gegeven, en iemand heeft ook al in de jaren 50 bedacht dat dit wel eens goed een oplossing kan zijn voor het 'opstartprobleem' van kernfusie.

Het grootste probleem waar we nu namelijk mee zitten, zelfs in reactoren zoals ITER, is dat het magnetisch bij elkaar houden van het plasma niet werkt zoals het ooit bedoeld was. Elektromagnetische kracht werkt namelijk loodrecht (in 3 dimensies) op de richting waarin geladen deeltjes zich bewegen, niet in lijn zoals elektrostatische krachten (Dit is overigens één van de meest fundamentele vereisten voor EM-golfbeweging, dank u Maxwell!), dit verklaart ook de donut-vorm van een centrale zoals ITER. Het is namelijk met elektromagnieten niet mogelijk om het plasma recht in het midden van de reactor 'op te sluiten', het enige wat ze kunnen doen is het plasma eindeloos rondjes laten rennen en daarmee zorgen dat het de wanden van de reactor niet raakt.

Het grote nadeel hiervan is dat het plasma niet opzettelijk 'in elkaar gedrukt' kan worden, d.w.z. de kleinste doorsnede kan krijgen die mogelijk is. Het is namelijk zo dat, in een tokamak-configuratie, een fusiereactie redelijk willekeurig optreedt. Het optreden van fusie is afhankelijk van een hoop factoren, de belangrijkste zijn de doorsnedes van de kernen van de brandstof (ofwel: de massa) en de kinetische energie van de brandstof (temperatuur of snelheid). Een deuterium-tritium reactie heeft de minste energie nodig, maar is qua doorsnede ook het een na kleinste (na D-D). Het gevolg hiervan is dat het plasma immens heet gestookt moet worden (verhoging van de energie) om de kans op fusie te vergroten. Alleen schaalt dat niet echt goed, en daarom is ITER ook zo'n immens apparaat en is het de eerste centrale die ooit verwacht wordt om netto energie eruit te halen tegenover wat erin gaat (er gaat immers nogal wat in om dat plasma op te stoken!)

in een fusor, of beter gezegd, Inertial Electrostatic Confinement- of IEC-reactor, wordt het anders aangepakt. Omdat daar de elektrostatische kracht benut wordt, die netjes in een rechte lijn tussen elektroden zijn werk doet (denk aan een condensator), kan het plasma in een redelijk klein volume opgesloten worden. Verder is het zo, dat, mocht er een brandstofion ontsnappen, de elektrische kracht ervoor zorgt dat het met een behoorlijke snelheid weer terug de reactorkern in wordt geslingerd. Dit is precies wat er in een ster gebeurt (maar dan als gevolg van de zwaartekracht), en omdat het aantal ionen per volume-eenheid nu een stuk groter is en alle ionen in principe recht op elkaar afstormen, is de kans op fusie in verhouding vele malen groter dan in een magnetische confinement-reactor (tokamak of stellerator).

De fusor, ontwikkeld door Hirsch en Farnsworth, bestaat uit twee concentrische bolvormige rasters waartussen een hoogspanning staat. Er staat dus van binnen naar buiten een hoge potentiaal (positief geladen deeltjes, brandstofkernen, zoeken immers een lage potentiaal op). Op een punt wordt brandstof in de reactor gebracht, door de elektrische veldsterkte wordt die brandstof geioniseerd en versnelt dus naar het midden van de reactor. Daar komt het ongetwijfeld een ander brandstofdeeltje tegen, en zo niet, houdt het deeltje zijn snelheid en wordt het door hetzelfde elektrische veld afgeremd (het deeltje beweegt zich nu van binnen naar buiten), keert om en het hele proces begint van voren af aan. Denk aan een knikker in een halfrond putje, of een skateboarder in een halfpipe.

Farnsworth had het principe goed gegokt, het enige waar nu het probleem ligt is de implementatie van dat principe. Het ontwerp van Hirsch heeft een groot nadeel, en dat is dat er rasters van metaaldraad gebruikt moeten worden om het elektrische veld tot stand te brengen. Vroeger of later zullen daar deeltjes tegenaan knallen, en zo'n raster vindt dat minder leuk en gaat slijten. Lees dus, verliezen doordat het raster ongewild warm wordt en er brandstof verloren gaat.

Bussard (zie 2 posts hoger) denkt, of eigenlijk, dacht, de oplossing te hebben gevonden, door de metalen rasters eruit te slopen en ze te vervangen door elektronenwolken. Elektronen zijn met de huidige techniek geen kunst meer en die zijn met magnetische velden een stuk beter te sturen dan (ordes van grootte zwaardere) brandstofionen. Nu zijn elektronen negatief geladen, maar dat is in principe niet erg -- leg de buitenrand van de reactor op nul-potentiaal en zorg dat er genoeg negatieve lading binnenin zit, dan wordt, net zoals in een fusor, een diepe 'put' gecreëerd waar een heel laag potentiaal geldt en ionen dus in kunnen vallen. Je hebt alleen het probleem van de metalen rasters niet meer, elektronen zijn namelijk een stukje kleiner dan metaaldraden en de kans dat een brandstofion een elektron tegenkomt is vrij klein. (Mocht dat overigens gebeuren, dan wordt het weer netjes een brandstofatoom, komt de buitenkant tegen, ioniseert weer en doet zijn ding opnieuw.)
De experimenten van Bussard waren erg veelbelovend en hij heeft ook jaren onder contract gestaan bij de US Navy om zijn reactor te ontwikkelen, waarschijnlijk voor inzetting in marineschepen en onderzeeboten. Hij kwam nog problemen tegen en leverde zelf veel bijdrage, echter Bussard overleed in 2007. Zijn onderneming verkeerde op het randje van de afgrond, en is uiteindelijk overgenomen door Jim Benson van SpaceDev. De US Navy is nu bezig om Bussard's prototypes verder uit te werken, en de WB-8 moet onder andere ook p-B11 (proton-boor) reactie mogelijk maken, en het eerste prototype wat netto energie oplevert wordt over zes jaar verwacht, met een capaciteit van 100MW. (Het beton voor ITER moet dan nog gestort worden. Op het punt dat ITER overeind staat zal dit concept al lang en breed lopen en makkelijk in de GW's produceren).

Even een side-note over p-B11: De huidige brandstof die voor tokamaks gebruikt wordt, D-T (deuterium-tritium), is een radioactieve, smerige soep die nooit een praktische brandstof op zal leveren, en mogelijk nog politiek punt van discussie kan worden omdat tritium gebruikt wordt om radioactief afval te verwerken, en mogelijk gebruikt kan worden voor het opwerken van bestaand materiaal. Protonen vind je overal en nergens, en boor is ruimschoots aanwezig in oceaanwater en op de maan (Met name die laatste is erg interessant, ook voor kolonisatie). Een p-B11 fusiereactie produceert geen straling, en kan direct omgezet worden in elektriciteit. P-B11 is daarom ook altijd al de heilige graal van energieproductie geweest, omdat het nagenoeg gratis energie op zal leveren (en daarmee ook veel politieke problemen de wereld uit kan helpen, tekorten aan water, machtsstrijd om olie, enz...)

Een IEC-reactor is in verhouding erg compact, omdat er een zevende macht in de schaalfactor zit (zie talk van Bussard in de video, link staat boven). De reactor is dan ook geschikt om ingezet te worden in de scheepvaart en in de nabije toekomst in de ruimtevaart, wat ons krachtiger motoren op kan leveren en kolonisatie van de maan en Mars op korte termijn mogelijk maakt. Botweg gezegd, als we dit klusje klaren, hebben we één van de grootste technologische drempels van de 21ste Eeuw overwonnen en wordt het tijd om ons een van deze rots los te maken. ;-)
Bussard stelt in zijn talk ook dat het principe al lang en breed is aangetoond en alles klopt met zijn theoretische berekeningen. De grootste uitdaging is nu om het in praktijk te brengen, en dit is dus een engineering challenge, geen fysische uitdaging.

Kijk vooral op:
http://www.fusor.net/
http://en.wikipedia.org/wiki/Polywell
http://en.wikipedia.org/wiki/Fusor

[Robert]

Het Fusor verhaal klinkt aannemelijk, maar ik vind het toch moeilijk om me er een voorstelling van te maken.
Vooral het electronenwolk verhaal is een beetje vaag. Zo'n wolk zal immers ook op z'n plek gehouden moeten worden toch?

En wordt het Electrostatische Fusie verhaal bijvoorbeeld ook al op Natuurkundige Universiteiten onderwezen? Want met dit soort kennis is het belangrijk dat veel mensen er van weten, zodat er nieuwe vindingen en innovaties op het gebied van kernfusie kunnen plaatsvinden.

[Stoney3K]

Het Fusor verhaal klinkt aannemelijk, maar ik vind het toch moeilijk om me er een voorstelling van te maken.
Vooral het electronenwolk verhaal is een beetje vaag. Zo'n wolk zal immers ook op z'n plek gehouden moeten worden toch?

Het concept 'elektronenwolk' zelf is niet zo heel vaag, sinds de hele reactor een vacuum is, is het gewoon dat, een wolk (groepje) vrije elektronen. Hetzelfde gebeurt in de beeldbuis van een televisie, daar wordt een partij vrije elektronen tot een straal geconcentreerd, als die straal op een fosformasker inslaat krijg je een beeldpunt.

Het op zijn plaats houden van de elektronen gebeurt op dezelfde manier als het plasma in ITER op zijn plek gehouden wordt: met magnetische velden. Sinds elektronen ietsjes lichter zijn, is de veldsterkte die daarvoor nodig is nogal wat minder dan de supermagneten die ze bij ITER nodig hebben. Bovendien zijn de elektronen alleen nodig om een elektrisch veld te bewerkstelligen.

En wordt het Electrostatische Fusie verhaal bijvoorbeeld ook al op Natuurkundige Universiteiten onderwezen? Want met dit soort kennis is het belangrijk dat veel mensen er van weten, zodat er nieuwe vindingen en innovaties op het gebied van kernfusie kunnen plaatsvinden.

Fusors zijn al redelijk bekend onder de wetenschap, alleen heeft iedereen altijd het idee gehad dat ze nooit efficient genoeg zouden zijn voor netto energieproductie. Er zijn een aantal fusors in de handel (die worden gebruikt als neutronenbron), en er zijn ook hobbyisten die die dingen met metalen rasters bouwen. Het hele Polywell-concept is echter in verhouding nog nieuw en daar wordt nog hard aan gewerkt.

[AutSider]

Volgens mij hebben ze in Amerika het licht gezien

In May 2009, Richard Nebel was interviewed in a popular science/futurism blog. He stated: "We are hoping to have a net energy production product within six years. It could take longer, but this definitely won't be a 50 year development project. [...] So if the concept works we could have a commercial plant operating as early as 2020."

In June 2009, the US Navy confirmed that contracts were now in existence for the funding and construction of WB-8, the next Polywell prototype. This device will have an eightfold increase in magnetic field strength compared to previous WB series devices, with the expectation of higher performance. Of particular importance within the Navy contract announcing these developments is the proposal that ...based on the results of WB8 testing, and the availability of government funds the contractor shall develop a WB machine (WB8.1) which incorporates the knowledge and improvements gained in WB8. It is expected that higher ion drive capabilities will be added, and that a “PB11” reaction will be demonstrated.

In September 2009, the US Department of Defense announced further funding of $7,855,504 for Energy Matter Conversion Corp for research, analysis, development, and testing in support of the Plan Plasma Fusion (Polywell) Project. Efforts under this Recovery Act award will validate the basic physics of the Plasma Fusion (Polywell) concept, as well as provide the Navy with data for potential applications of polywell fusion. The project is expected to be completed by April 2011.

http://en.wikipedia.org/wiki/Polywell#FY_2009_Work
http://www.talk-polywell.org/bb/viewtopic.php?t=1491&postdays=0&postorder=asc&start=0
http://nextbigfuture.com/2009/05/interview-dr-richard-nebel-of.html
http://iecfusiontech.blogspot.com/2009/10/wb-8-contract-progress.html

[higgsby]

Inertial Electrostatic Confinement, Fusor, Pb-11... het komt in de richting. Iig veel realistischer dan dat miljardenverslindende ITER verhaal in zuid frankrijk.

Maar Eric Lerner in de verenigde staten heeft op dit moment veruit het beste idee: Focus Fusion.

Even kort: hij is ook voorstander van aneutronische (Pb-11) fusie omdat het veilig kan. De onwaarschijnlijk hoge temperaturen wil hij opwekken door steeds een klein beetje gas te ioniseren en dat als een soort nano--tolletje rond te laten spinnen tot het met zo'n frequentie rondraait dat 1 omwentelling de golflengte van het electron benaderd. Dat "plasma--tolletje" vormt een soort nano--tokamakje dat zichzelf opsluit in het eigen magnetisch veld. Het plasma houdt (nadat je het een enorme tik hebt gegeven) zichzelf dus in bedwang, dat is dus fundamenteel anders dan de Tokamak of de Fusor die hiervoor externe magneten willen aanwenden.

Dit is pertinent geen onzin, de machines die dit kunnen bestaan al sinds de jaren 60, onder de naam DPF (Dense Plasma Focus). Het nieuwe inzicht dat maakt dat het nu ineens haalbaar lijkt is het "magnetic field effect" (gemeten bijvoorbeeld in de Z-pinch machine in Sandia Labs) dat voortspelt dat bij magnetische velden boven een bepaalde waarde (die NOOIT te bereiken valt met externe magneten) het plasma zichzelf superefficient gaat opsluiten vanwege het magnetic field effect dat ervoor zorgt dat de electronen de ionen efficienter verhitten dan andersom hetgeen de verliezen aan Bremhstraling binnen de perken houdt.

Check it out!
http://video.google.com/videoplay?docid=-1518007279479871760#

[bashanna]

We gebruiken nu wereldwijd dus zo'n 16 - 20 TeraWatt aan energie per jaar. En dat zal in de komende 20 jaar naar 60 Terawatt gaan. (een groei van zo'n 6,8% per jaar) 
Om die groei te bekostigen tegen een prijs van 1000 dollar per KiloWatt

Focus Fusion klinkt zeker interessant, maar is het haalbaar.
ITER is de eerste reactor die een plus gaat draaien. Daarna is het een kwestie van opschalen en massaproductie van kernfusiecentrales.

Focus Fusion is volgens het filmpje nog experimenteel. En zou (gerekend vanaf 2007) binnen 3 jaar bewezen moeten kunnen worden. Maar is dat ook nu dus ook gelukt? We zitten nu in 2010.

[higgsby]

Het is nog maar zeer de vraag of ITER de eerste reactor wordt die boven unity komt. Er is pas eind 2009 geld beschikbaar gekomen voor Focus Fusion. Ze hebben dus nog meer dan 2 jaar om hun eigen deadline te halen. Maar toch zijn er al hele goede resultaten geboekt, en dat met de helft van het beoogde piekvermogen (dit soort experimenten wordt altijd heel voorzichtig opgeschaald).

Zie ook:
http://www.focusfusion.org

Een grappig toeval wil dat in Nederland ook al eens iemand iets soortgelijks heeft geprobeerd:
http://nl.wikipedia.org/wiki/Convectron

[Robert]

'normale' Kernfusie:
Het plasma op z'n plek houden is een probleem bij  tokamak-reactors. Kan dit proces niet plaatsvinden in de ruimte? Daar kun je gewoon een soort bel van plasma maken en de eventuele uitschieters kun je misschien met magnetisme weer beheersen.

elektrostatische fusie-reactor
Hoe ver staat het nu met deze fusie techniek? Het lijkt me dat ze in 3 jaar tijd toch wel wat hebben bereikt?
In 2010 heeft iemand thuis kernfusie bereikt gebasseerd op dit principe. Echter nog geen surplus aan energie.
Op de wikipedia over fusor staan eigenlijk geen nieuwe artikelen jonger dan 2010.

Hoe staat het met het Fusor project?

[Robert]

ITER kernfusiereactor
Inmiddels (aug 2014) is de betonnen vloer van ITER afgerond. Nu kan worden begonnen met de constructie van de gebouwen er bovenop. De ITER kernfusiecentrale zal 500MW output hebben en er is 50MW nodig om alle systemen draaiende te houden.

zie ook:
http://www.iter.org
http://nl.wikipedia.org/wiki/ITER

DEMO kernfusiereactor
Inmiddels zijn China en Zuid-Korea begonnen aan de ontwikkeling van de opvolger van de Tokamak kernfusiecentrale. Dit project heeft als codenaam DEMO. (DEMO kernfusiecentrale). Deze kernfusiecentrales moeten 2000 tot 4000 MW aan energie produceren.
De verwachting is dat de bouw in 2037 klaar is.
De universiteit van Twente heeft speciale supergeleidende bekabeling ontwikkeld voor het aansturen van deze DEMO reactoren.

zie ook:
http://en.wikipedia.org/wiki/DEMO
http://www.ad.nl/ad/nl/1012/Nederland/article/detail/3562275/2013/12/14/Nederlandse-doorbraak-kernfusie.dhtml

PROTO kernfusiecentrale
Na ITER en DEMO, staat PROTO op het programma. Deze centrale zal pas ná 2050 worden gebouwd.

POLYWELL fusie
Het polywell fusieproject lijkt nog niet goed van de grond te komen.
Het opschalen ging goed, maar door een gebrek aan geld, is het project stil te komen liggen. Het project had amper 10 miljoen dollar nodig om proof-of-concept te kunnen maken. Daarna is nog wel 350 miljoen nodig om de eerste 100MW pB11 polywell fusiereactor te maken. Maar dat is nog steeds een schijntje.
Daarna kunnen dergelijke centrales die passen in een blok van 8x8x8 meter massaal worden geproduceerd en worden verscheept. Het is daarmee potentieel een triljoenen industrie.  Dan is een investering van 350 miljoen een schijntje.
Iran en Australie zijn ook bezig met onderzoek naar kernfusie op basis van het Polywell principe.
Ook in Nederland is een club actief op het gebied van electrostatische kernfusie: Radiant Matter

zie ook:
http://en.wikipedia.org/wiki/Polywell
http://www.radiantmatter.com/